WISSENSCHAFTLICHE BEITRÄGE - Forschung Lehre Technologietransfer - Heft 2007 - TH Wildau
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WISSENSCHAFTLICHE BEITRÄGE Forschung Lehre Technologietransfer ISSN 0949-8214 Heft 2007
Wissenschaftliche Beiträge
Forschung Lehre Technologietransfer
Heft 2007
TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007 1
Impressum Herausgeber Der Präsident der Technischen Fachhochschule Wildau Prof. Dr. László Ungvári Bahnhofstraße 15745 Wildau Tel. +49 3375 508-101 Fax +49 3375 500324 www.tfh-wildau.de Redaktionskollegium der TFH Wildau für die »Wissenschaftlichen Beiträge« Prof. Dr. phil. Stephan Broda Prof. Dr. Bernhard Eylert Prof. Dr. phil. Olga Rösch Dipl.-Ing. (FH) Kerstin Poeschel Redaktionsleitung Markus Vossel Tel. +49 3375 508-673 Redaktionsschluss: Oktober 2007 E-Mail: markus.vossel@tfh-wildau.de Lektorat, Gesamtherstellung und Verlag Verlag News & Media · Marcus von Amsberg Perelsplatz 18 12159 Berlin Tel. +49 30 85962170 Fax +49 30 85962171 E-Mail: verlag@newsmedia.de www.newsmedia.de Nachdruck einzelner Artikel und Beiträge, auch auszugs- weise, bei Quellenangabe frei. Belegexemplare erbeten. ISSN 0949 – 8214 2 TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007
Inhalt Vorwort .................................................................................................................................................................... 4 Thomas Biermann Wie fliegen wir morgen? – Neue Tendenzen im Luftverkehr...................................................................................... 7 Marin Boyadzhiev, Rainer Langenstraßen, Rozeta Eftimova, Sanchy Nenkova, Gerhard Behrendt Development of Branched Aromatic Polyester Polyols from PET ............................................................................. 11 Stephan Broda Internationale Marktforschung................................................................................................................................ 17 Bernd Eylert, Patrik Groh, Eike Kräft, Thomas Weidner Erstellung eines Geschäftsmodells zur Ausrüstung von Taxi Berlin mit einem digitalen Bündelfunksystem .................................................................................................................................... 21 Bertil Haack, Jens Kramer Die beiden Seiten der Nachnutzbarkeit Ein Paradigmenwechsel im IT-Projektgeschäft......................................................................................................... 29 Michael Herzog, Rainer Wegner Erzeugung von Cordierit-Keramikschäumen über die Zwischenstufe hochgefüllter Polyurethan-Schaumstoffe ....................................................................................................................................... 36 Michél Hellmann, Judith Offermann, Franz Wildenauer Cyanobakterienkultivierung zur Extraktion toxischer Metabolite .......................................................................... 41 Thomas Balkenhohl, Falco Beutler, Daniel Schäfer, Fred Lisdat Entwicklung eines impedimetrischen Biosensors für den Nachweis von Antigliadin Autoantikörpern ................................................................................................................................... 48 Bertram Meimbresse, Gerhard Schilk, Herbert Sonntag The Promotion of Intermodal Transport in Central Europe Through the Design and Realisation of eLogistics Services .............................................................................................................................. 58 Karin Siemroth Entwicklung eines koaxialen Faltenbalgzylinders zur Übertragung von linearen Bewegungen ins Hochvakuum ................................................................................................................................. 68 Ralf Vandenhouten, Thomas Behrens, Miriam Selz Datenerfassung und Visualisierung von Vitalparametern und Primärsignalen auf dem Computer und auf mobilen Endgeräten..................................................................................................... 72 Beitrag von Studierenden Christian Halama, Nico Venske Entwicklung eines Geschäftmodells ........................................................................................................................ 78 TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007 3
4 TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007
Vorwort
Neben der angewandten Forschung und Entwicklung werk »Prozesssensorik für Qualitätssicherung und Um-
(FuE), die sich in den vorliegenden Wissenschaftlichen weltmonitoring« (ProSenQU), das im Februar bei ei-
Beiträgen 2007 erneut sehr vielfältig präsentiert, ist ner Informationsveranstaltung im Technologie- und
die Aus- und Weiterbildung eine Kernaufgabe der TFH Gewerbezentrum Prignitz in Wittenberge an den Start
Wildau. Zu Beginn des Wintersemesters 2007/08 sind ging. Zwölf Industrie- und fünf Wissenschaftspartner
3.348 Studierende an unserer Hochschule eingeschrie- aus Brandenburg und Sachsen bündeln in ProSenQU
ben. Mit 2.755 Bewerbern erreichte die Nachfrage nach ihre Kompetenzen, um Innovationen auf dem Gebiet
einem Studienplatz zum vierten Mal in Folge eine neue der Sensortechnik zu entwickeln und wirtschaftlich zu
Rekordzahl. Gegenüber dem Wintersemester 2006/07 ist verwerten. Die TFH Wildau übernimmt dabei die Funk-
dies eine Zunahme von 11,7 Prozent. Im Durchschnitt tion des Netzwerkmanagers.
kamen diesmal 4,1 Bewerbungen auf einen curricularen
Studienplatz. Daher mussten wir, wie schon im vergange- Im Juli 2007 sind wir dem Kooperationsnetzwerk »Secu-
nen Jahr, alle Studiengänge mit einem Numerus Clausus rity and Safety made in Berlin-Brandenburg« (SeSamBB)
belegen. beigetreten. Das Netzwerk versteht sich als Kooperati-
onsplattform für das Branchenfeld »Sicherheit mit IT«.
Nicht nur die Studienplatznachfrage ist gestiegen, son- Die Mitgliedschaft ist eine logische Konsequenz aus den
dern auch die Absolventenquote, die inzwischen bei zahlreichen Vorhaben, die an unserer Hochschule bear-
über 80 Prozent liegt. Dieser Erfolg beruht auf der im beitet werden. Einen besonderen Schwerpunkt bilden
Rahmen des TQM erfolgten Implementierung eines dabei neue Technologien und innovative Lösungen bei
hochschulweiten Tutoriensystems und weiterer Unter- der Flughafensicherheit im Zusammenhang mit dem Bau
stützungsmaßnahmen in Studium und Lehre. So haben des Airports Berlin Brandenburg International (BBI). Im
unsere Studierenden unter anderem die Möglichkeit, an Fokus stehen u. a. Projekte zur Entwicklung moderner
verschiedenen FuE-Projekten mitzuarbeiten. Gebäudetechniken, von Überwachungs- und Ortungs-
systemen sowie von sprengstoffsicheren Materialien.
Seit dem Jahr 2001 gehört die TFH Wildau bei der ange-
wandten Forschung im Vergleich der 166 Fachhochschu- Im September fand an der TFH Wildau die internationale
len der Bundesrepublik nach Kriterien wie absolute Höhe Konferenz »LINDI 2007 – Logistics and Industrial Infor-
der eingeworbenen Drittmittel je besetzte Professur und matics« statt. Namhafte Wissenschaftler und Unterneh-
Drittmittel je forschender Professor zu den drei führen- mer aus Deutschland, Ungarn, Österreich, Polen, den
den Einrichtungen. In den letzten fünf Jahren stiegen die Niederlanden, Italien, Spanien und Südkorea diskutier-
eingeworbenen Drittmittel jeweils um durchschnittlich ten über neue effektive Logistikkonzepte und -lösungen.
10,5 Prozent. Die Idee zu LINDI geht auf eine Initiative der TFH Wildau
und der Hochschule Budapest Tech zurück. Beide Ein-
Seit langem können die forschenden Professoren ihr richtungen kooperieren seit Jahren eng miteinander. Die
Niveau halten bzw. ausbauen, weitere Professoren ha- Konferenz stärkte unsere Rolle als Kompetenzzentrum
ben inzwischen ebenfalls mit der Drittmittelforschung der Logistik. Zugleich wurden weitere Möglichkeiten für
begonnen und neu berufene Professoren bringen sich grenzüberschreitende Kooperationen erschlossen, neue
mit eigenen Forschungsprofilen ein. Wir führen diese Partner für FuE-Projekte gewonnen sowie die Netzwerke
Aktivitäten auch auf das innovative Klima an unserer für innovative Branchenlösungen enger geknüpft.
Hochschule und unsere besonderen Serviceangebote zu-
rück. Dazu gehören die Technologie- und Innovationsbe- Im Rahmen des Symposiums »15 Jahre TFH Wildau –
ratungsstelle (TIB), das Service- und Kompetenz-Center Ein Programm und Produkt erfolgreicher Hochschul-
für den internationalen Wissens- und Technologietrans- politik im Land Brandenburg« haben wir im Oktober
fer (SeWiTec) und das Technologietransfer- und Weiter- Kooperationsvereinbarungen mit der Polytechnischen
bildungszentrum an der Technischen Fachhochschule Universität Timisoara/Rumänien und dem mittelstän-
Wildau e. V. (TWZ). dischen Funktechnik-Unternehmen ELDAT aus Zeesen
unterzeichnet. Das Symposium bildete den Abschluss
Durch die Hochschule haben sich in Wildau und Umge- einer Programmreihe unter der Schirmherrschaft der
bung stabile Netzwerke aus Wissenschaft und Wirtschaft Ministerin für Wissenschaft, Forschung und Kultur des
herausgebildet. Jüngstes Beispiel ist das NEMO-Netz- Landes Brandenburg, Prof. Dr. Johanna Wanka, anläss-
TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007 5
lich des Gründungsjubiläums der TFH Wildau. Bereits einem Navigationssystem und einer Telemetriestrecke
im Januar und April 2007 hatten in dieser Reihe zwei zur Bodenstation ausgestattet.
viel beachtete Veranstaltungen stattgefunden, bei denen
zahlreiche Redner die TFH Wildau als einen Motor für Preise und Auszeichnungen sind eindeutige Indikatoren
die wirtschaftliche Entwicklung in der Hauptstadtregion für die Leistungsfähigkeit von Forschungseinrichtungen,
Berlin-Brandenburg würdigten. Hochschulen, Kommunen und Unternehmen. Die TFH
Wildau hat 2007 gleich zwei hochrangige Wettbewerbe
Unser Engagement für die Region drückt sich auch durch gewonnen.
den »UnternehmerCampusWildau« (UCW) aus. Er bietet
Existenzgründern, Jungunternehmern sowie wissens- Im Rahmen des 6. TechnologieTransferTages Berlin-Bran-
und technologieorientierten kleinen und mittleren Un- denburg erhielten die interdisziplinäre Arbeitgruppe
ternehmen (KMU) Hilfestellungen bei der schrittweisen aus Logistikern und Telematikern der TFH Wildau unter
Entwicklung ihrer innovativen Ideen zu tragfähigen Leitung von Prof. Dr.-Ing. Herbert Sonntag (Verkehrslo-
Unternehmenskonzepten an. Das Programm wurde im gistik) und Prof. Dr.-Ing. Stefan Brunthaler (Telema-
April auf den Deutschen Gründer- und UnternehmerTa- tik) sowie der Hauptkooperationspartner Dr. Reinhardt
gen deGUT 2007 in Berlin vorgestellt. Einen besonderen Töpel, Geschäftsführer der ReiCo Logistik Gruppe im
Schwerpunkt des UCW bilden die Ideenentwicklung brandenburgischen Nunsdorf bei Zossen, den 1. Preis des
und Businessplanung in der Vor-Gründungsphase, die Technologietransfer-Preises Brandenburg. Ausgezeich-
Unternehmensgründung selbst und die frühe Entwick- net wurde das internetgestützte Informationssystem
lungsphase unmittelbar nach der Gründung. Der UCW RÜFILOG (RÜckverfolgung durch den Einsatz der RFID-
ist eine gemeinsame Aktion der TFH Wildau mit der Technik in der TransportLOGistik), das die lückenlose
Mittelbrandenburgischen Sparkasse, der Unternehmens- Verfolgung von Waren in der Lebensmittelkette auf der
beteiligungsgesellschaft der Brandenburger Sparkassen, Grundlage der Radiofrequenz-Identifikation (RFID) rück-
der Zukunfts-Agentur Brandenburg, der Brandenburg wärts vom Endkunden zum Hersteller und vorwärts in
Capital und von O2 Deutschland. umgekehrter Richtung ermöglicht.
Die TFH Wildau beteiligte sich auch wieder an der welt- Die TFH Wildau, die Gemeinde Wildau und die Wildauer
größten Computermesse CeBIT und an der Hannover Wohnungsbaugesellschaft beteiligten sich gemeinsam
Messe. Auf der CeBIT zeigte ein Team von Telematikern an dem Wettbewerb »365 Orte im Land der Ideen« der
mit »ixMAT« ein Universalwerkzeug für die mobile Da- Deutschen Bank und der Standortinitiative »Deutsch-
tenerfassung und -übertragung, das als Hardware ledig- land – Land der Ideen«. Unter 1.500 Bewerbern konnte
lich ein handelsübliches Handy mit Kamerafunktion sich Wildau als »Ausgewählter Ort 2007« durchsetzen.
benötigt. Auf der Hannover Messe präsentierten wir uns »Wildau ist ein europäischer Spitzencampus für Zu-
als Kompetenzzentrum für Mikrotechnologien. Seit dem kunftsbranchen. Ob Luftfahrttechnik, Telematik oder
Jahr 2005 konzentrieren wir uns in diesem Bereich auf Biosystematik – Wildau steht für Innovation und Zu-
den Brückenschlag von der klassischen, auf dem Grund- kunft made in Germany«, begründeten die Veranstalter
werkstoff Silizium basierenden Mikrosystemtechnik des Wettbewerbs ihre Entscheidung.
zu KMU-kompatiblen Technologien mit traditionellen
Materialien wie Metalle und Kunststoffe. Wir nehmen diese Auszeichnungen gerne als Verpflich-
tung für die Zukunft an.
Auf der 16. Internationalen Luftfahrtmesse AERO in
Friedrichshafen stellten wir neben unseren branchenspe-
zifischen Studienangeboten außerdem die Messdrohne
ATISS 2, eine fliegende Messplattform für unterschied-
liche nutzerdefinierte Messaufgaben, sowie das Projekt
»Smart Aerial Photogrammetry System« (SMAP), das Prof. Dr. László Ungvári
qualitativ hochwertige Luftbilder für Vermessungszwe- Präsident
cke liefert, vor. Dazu wird ein unbemanntes, ferngelenk-
tes Kleinflugzeug mit einer professionellen hochauflö-
senden digitalen Luftbildkamera, einer Videokamera,
6 TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007
Wie fliegen wir morgen?
– Neue Tendenzen im Luftverkehr
Thomas Biermann
Zusammenfassung Abstract
Der Fortschritt im Luftverkehr wird eher in kleinen Progress in air transport will be incremental, as building
Schritten erfolgen, denn Verkehrsflugzeuge stellen commercial airliners has become a mature technology,
eine reife Technologie da, die kaum mehr revolutionäre where revolutionary new designs should not be expec-
Neukonstruktionen erwarten lässt. Aber auf längere ted in the foreseeable future. But individualisation and
Sicht können die zunehmende Individualisierung und automatisation could in the long run lead to dramatic
Automatisierung dramatische Veränderungen der Flug- changes in the way we travel by air.
reise mit sich bringen.
1 Lufttransport heute ner ganz anderen Innenraumstruktur mit sich gebracht,
doch zeigen sich bei diesen futuristischen Konzepten bis-
lang technisch kaum beherrschbare Probleme. Es steht
1.1 Das Jahrhundert des Flugzeugs
demnach zu erwarten, dass die großen Verkehrsflugzeuge
Das 21. Jahrhundert ist das Jahrhundert des Flugzeugs, ihre seit Einführung der Jets in den späten 1950er Jahren
so wie das 19. Jahrhundert die Ära der Eisenbahn und vertraute Silhouette für die nächsten Jahrzehnte beibe-
das 20. Jahrhundert die des Automobils war. Der Flug- halten. Der Fortschritt findet – wie beim Auto – vorwie-
hafen, nicht mehr der Hauptbahnhof ist heute Mittel- gend »unter der Haube« statt.
punkt der Verkehrsströme und zentraler Erfolgsfaktor
der regionalen Entwicklung (Thompson 2007). In der
1.3 Vorwärts in kleinen Schritten
Weltwirtschaft dient der Luftverkehr zunehmend auch
dem Gütertransport – zwar wird nur 1 % der Güterton- Aber er findet statt: die Zellenstruktur der neuen Boeing
nage im weltweiten Außenhandel per Luftfracht abgewi- 787 »Dreamliner« besteht beispielsweise weitgehend
ckelt, doch macht dies, weil primär die höherwertigen aus Kunststoff statt Aluminium. Die Gewichtsersparnis
Produkte den Luftweg nehmen, fast 40 % des gesamten reduziert den Treibstoffverbrauch und damit die Um-
Warenwertes aus (Tretheway 2007). weltbelastung. Der Passagier profitiert direkt von dem
Wandel der Werkstoffe. Die für das Wohlbefinden so
belastende Trockenheit der Luft an Bord eines Verkehrs-
1.2 Das Verkehrsflugzeug ist ausgereift
flugzeuges beruht nämlich darauf, dass die Klimaanlagen
Eine Revolution des Luftverkehrs durch vollkommen entsprechend eingestellt sind, um die Korrosion der
neue Antriebe oder Materialien ist für die kommen- Metallstruktur zu vermeiden. In einem »Plastikflugzeug«
den 20 Jahre praktisch auszuschließen. Der Motorflug kann hingegen normale Luftfeuchtigkeit herrschen.
ist nunmehr gut 100 Jahre alt und demnach eine reife
Technologie, welche die ganz großen Sprünge der Ent-
wicklung hinter sich hat.
Die Leistungsfähigkeit des Flugzeuges hinsichtlich
Nutzlast und Reichweite nimmt weiter zu, entgegen
früherer Erwartung wird sich indes in der Dimension
Geschwindigkeit – typischerweise im Bereich um 800
km/h – in einem absehbaren Zeithorizont nichts än-
dern. Überschallgeschwindigkeit ist nicht allein aus
wirtschaftlichen Erwägungen kein Thema mehr, die
Sensibilität in Umweltfragen lässt derartig lärmintensive
und energiefressende Technologien nicht mehr zu.
Unter Experten noch in der Diskussion ist das Nur-
Flügel-Flugzeug. Die Integration von Zelle und Flügel Abb. 1: Boeing 787 (Foto: Boeing)
hätte aus Sicht des Passagiers »fliegende Kinosäle« mit ei-
TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007 7
Auf kurze Sicht definieren viele kleine Veränderungen für die Wachstumsaussichten in diesem Segment ist die
wie die oben geschilderte den Fortschritt: Tatsache, dass nicht nur kleine Startup-Unternehmen
– kostengünstige Langstreckenflugzeuge im 200-Sitzer ihr Glück mit der Entwicklung von VLJs versuchen,
Format erlauben Direktverbindungen, wo bislang die sogar der japanische Automobilhersteller Honda hat ein
Reise nur per Umsteigen realisierbar war; serienfertiges Modell vorgestellt.
– Telefon und Internet an Bord werden bald selbstver-
ständlich sein;
– der Schlafkomfort in den First Class-Sitzbetten ist bald
höher als bei der Mehrzahl der Menschen zu Hause;
– die Automatisierung von Reservierung und Ticketing
erlaubt Selbstbedienungskonzepte, wo früher viel
menschliche Arbeitskraft notwendig war;
– optimierte Bodenprozesse erhöhen die Produktivität
von Flugzeug und Crew, sie erlauben Billigflüge, die
dem Luftverkehr neue Zielgruppen erschließen (Bier-
mann 2005).
2 Neue Trends Abb. 2: HondaJet (Foto: Honda)
Der Investitionsbedarf und die Betriebskosten fallen
2.1 Individualisierung in der Luft
um Größenordnungen günstiger aus als bei herkömm-
Seit mehreren Jahren erleben die Business Jets einen lichen Jets. Als magische Kostengrenze für die Massen-
ungeheuren Aufschwung, gegenwärtig sind nach Exper- nutzung gilt der Wert von 1 US-Dollar pro Meile und
tenschätzungen weltweit 11.000 Einheiten im Einsatz, Passagier (grob gerechnet 50 Eurocents pro Passagier-
davon 75 % in den USA. Die Vorteile dieser Maschinen Kilometer), womit ein VLJ-Flug dem Preisrahmen eines
sind vielfältig. Die Unabhängigkeit von Flugplänen und Linienfluges in First-/Business-Class vergleichbar wäre
die Vermeidung zeitraubender Sicherheitskontrollen (Singh 2006). Das eigene Flugzeug, die Beteiligung an
am Flughafen spielen eine wichtige Rolle. Der Haupt- einem Timesharing-Modell oder die Nutzung von Luft-
vorteil besteht jedoch in der Möglichkeit, Orte abseits Taxi-Diensten wird so selbst für das Management eines
der wesentlichen kommerziellen Flugrouten – etwa in mittelständischen Unternehmens mit entsprechenden
Osteuropa oder der chinesischen Provinz – direkt zu Reisebedürfnissen überlegenswert. Die Firma Day Jet in
erreichen (Economist 2007). Florida hat 240 VLJs vom Typ Eclipse 500 als Luft-Taxi
Die Anfangsinvestition für ein modernes Geschäfts- geordert, die ersten drei Exemplare wurden im März
reiseflugzeug liegt allerdings im Bereich von knapp 10 2007 geliefert.
Mio. € für einen 7-Sitzer Lear Jet und bis zu 50 Mio. €
für das Spitzenmodell Bombardier Global Express, das
2.2 Automatisierung am Boden und an Bord
19 Passagiere über 11.000 km weit befördern kann. Die
Betriebskosten für zwei Piloten, Wartung, Treibstoff, Lan- Als zweites Thema mit hohem Aufmerksamkeitswert
degebühren etc. übersteigen schnell die 1 Mio. €-Grenze gilt die Automatisierung, insbesondere im Cockpit der
pro Jahr. Verkehrsflugzeuge. Heute steuern zwei Männer (manch-
Daher operieren viele solcher Jets im Teileigentum. mal auch Frauen) einen Airbus oder eine Boeing. Früher
Für einen Bruchteil des Kaufpreises erwirbt man ein waren auf einem Flugdeck fünf Leute beschäftigt. Die
Nutzungsrecht für beispielsweise 25 % der verfügbaren Fortentwicklung der Elektronik machte den Funker und
Zeit. Nach Expertenschätzungen wird ein für die Ei- den Navigator bald überflüssig, der dritte Mann – der
gennutzung angeschafftes Geschäftsreiseflugzeug im Flugingenieur – verschwand ab 1980. Steht nun der Co-
Durchschnitt nur 325 Stunden im Jahr geflogen, eine pilot zur Disposition, vielleicht gar der Kapitän?
Maschine in Fractional Ownership hingegen 900 Stun- Auf die Flugdurchführung spezialisierte moderne
den, wodurch sich eine wesentlich günstigere Verteilung Bordcomputer sind längst in der Lage, das Flugzeug al-
der Fixkosten ergibt (Singh 2006). lein zu fliegen. Die Besatzung leistet auf vielen Flügen
Der individualisierte Luftverkehr wächst jedes Jahr nicht viel mehr als den Druck auf den Startknopf und
doppelt so schnell wie der Gesamtmarkt. Er dürfte in eine Lautsprechdurchsage. Menschliche Piloten sind in
Zukunft weiteres Potenzial durch die neue Kategorie unvorhergesehenen Sondersituationen zweifellos wert-
der Very Light Jets (VLS) gewinnen, die am Beginn der voll, doch ist die Technik mittlerweile so zuverlässig, dass
Serienproduktion stehen. Dabei handelt es sich um ex- solche Situationen kaum noch vorkommen. Menschen
trem leicht gebaute kleine Flieger, die 3 bis 6 Passagiere bringen auf der anderen Seite selbst viele Probleme mit
befördern und die Fähigkeit besitzen, auf Bahnen von ein – sie machen Fehler, werden krank, streiken oder
nur 900 m Länge zu starten und zu landen. Sie sind für stecken auf dem Weg zum Airport im Stau.
Stückpreise ab 1,6 Mio. € zu haben und können von Piloten sind außerdem teuer. Dafür ist neben der
einem statt zwei Piloten geflogen werden. Ein Indikator aufwändigen Ausbildung und dem Gehalt bei geringer
8 TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007
Produktivität (Flugstundenbegrenzung wegen strikten ßig anfallende kleinere Sendungen abseits der Hauptver-
Ruhezeitregeln) die Technik mit verantwortlich. Ein kehrsströme im Kurier- und Expressverkehr (Cox et. al.
modernes Cockpit erfordert extrem kostspielige Mensch- 2004). Im Passagierverkehr hingegen wird das pilotenlo-
Maschine-Schnittstellen, weil ein elektrisches Warn- se Flugzeug auf sich warten lassen. Komplizierte Rechts-
signal vom Radar nicht direkt an die Steuerung geht, und Haftungsprobleme sind noch zu lösen und die Ak-
sondern über das Auge und die Hand des Flugzeugführers zeptanz des Publikums ist ungewiss. Im Schienenver-
geleitet werden muss. kehr gibt es bereits positive Erfahrungen mit führerlosen
Unbemannte Flugzeuge befinden sich daher im Auf- Fahrzeugen im Nahverkehr, insbesondere auf Flughäfen
wind. Im militärischen Bereich sind Aufklärungsdroh- zwischen weit entfernten Terminals und auf einzelnen
nen und unbemannte Kampfjets bereits seit den 1980er U-Bahn-Strecken. Für die Mehrzahl der Menschen dürfte
Jahren Routine. Im zivilen Bereich gibt es nach einer aber der Einstieg in ein Flugzeug ohne menschlichen
Übersicht der NASA mittlerweile ebenfalls eine große Kommandanten heute kaum zumutbar sein.
Zahl von Anwendungen von der Fischereiüberwachung Die Bewegung solcher unbemannter Flugkörper am
über den Agrarflug – Ausbringung von Düngern und Boden ist überdies ein kompliziertes Thema, weshalb
Pestiziden bei großen Landwirtschaftsflächen – bis zu man UAVs kaum je auf belebten Flughäfen zu sehen be-
fliegenden Mobilfunkantennen (Cox et. al. 2004). kommt. Ebenfalls noch ungeklärt ist die Beherrschung
Das Hauptargument für unbemanntes Fliegen liegt der Einführungsphase, wenn sich bemannte und unbe-
im zivilen Sektor in der potenziell sehr langen Verweil- mannte Fliegerei im Luftraum mischt. Realistisch scheint
dauer in der Luft. Da der schwere Pilot und die noch hingegen für einen überschaubaren Zeitraum die Vision
schwereren Lebenserhaltungs- und Steuersysteme einge- eines computergesteuerten Verkehrsflugzeuges, bei dem
spart werden, kann mehr Treibstoff an Bord mitgeführt im Cockpit ein Mann (sicher nicht zwei) für alle Fälle
werden. Aus diesem Grund bleibt das Gerät mühelos Wache hält und der Bodenleitstand im Fall des Falles die
bis zu 40 Stunden in Aktion – und so ein Autopilot wird Kontrolle übernimmt.
auch nicht müde.
2.3 Folgen
Beide Tendenzen, Aufkommen der Very Light Jets auf
kurze Sicht und die Automatisierung im Cockpit der
Verkehrsflugzeuge in längerer Perspektive, bedeuten
für junge Piloten, dass sich ihre berufliche Zukunft ver-
dunkelt. Der Bedarf an qualifizierten Flugzeugführern
steigt in diesem Szenario nicht mehr automatisch mit
dem Wachstum des Luftverkehrs an – im Gegenteil. Der
Traumberuf »echter Jungs« war früher Lokomotivfüh-
rer und später Lastwagenfahrer auf der Langstrecke als
»Kapitän der Landstraße« – ein durch die Realität längst
entzauberter Mythos. Der Traumberuf Pilot könnte in
absehbarer Zeit einen vergleichbaren Entzauberungs-
effekt erfahren.
Abb. 3: Global Hawk (Foto: Northrop Grumman)
3 Ausblick
Die regelmäßig eingesetzten unbemannten Fluggeräte
sind gegenwärtig noch recht klein, ihre Größe reicht Wir wissen, dass große Innovationen in aller Regel auf
vom gehobenen Spielzeugformat bis zum Kleinflugzeug. einer Zusammenfügung von zwei bereits bekannten
Diese so genannten UAVs (unmanned aerial vehicles) Technologien basieren, die in isolierter Anwendung
bewegen sich nur geringen Nutzen in einer kleinen Nische entfalten,
– autonom und fliegen ein vorher definiertes Programm aber gemeinsam einen markanten Durchbruch erlau-
ab, oder ben. Die gute alte Eisenbahn zum Beispiel verdankt ih-
– werden vom Boden gesteuert, wobei der Leitstand ren Erfolg einer Kombination der im Bergbau seit 500
mehrere solcher Flugkörper gleichzeitig im Auge hal- Jahren bekannten Rad-Schiene Technik mit der im 18.
ten kann, oder Jahrhundert erfundenen Dampfmaschine (Biermann/
– sie werden durch ein bemanntes »Mutter-Flugzeug« Dehr 1997).
kontrolliert, das aus der Luft in Sichtnähe ein UAV- Die Kombination der Very Light Jets und der UAV-
Rudel steuert. Technologie, so lässt sich vorhersehen, bildet den logi-
Mit hoher Wahrscheinlichkeit gehört die Zukunft auto- schen nächsten Schritt in der Entwicklung der Flugreise.
nom operierenden UAVs, bei denen ein Bodenleitstand Manager in der Mitte des 21. Jahrhunderts werden über
nur im Bedarfsfall »remote« eingreift. einen Mini-Jet (beziehungsweise für kürzere Routen
Ab 2020 ist mit deutlich größeren unbemannten eine Art Hubschrauber) nicht weit vom Wohn- oder
Transportfliegern zu rechnen, vor allem für routinemä- Arbeitsplatz verfügen, bei dem der Passagier selbst sein
TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007 9Ziel eintippt und auf Start drückt. Ohne menschlichen Literatur
Piloten wird er/sie zum Ziel gebracht. Sollte ein Störfall
eintreten, betätigt der Passagier einen Notknopf, so dass Biermann, Thomas, Yield management in the airline In-
das Gerät automatisch zum nächsten Landeplatz fliegt dustry, Vortrag auf der LINDI-Konferenz, Wildau, Sep-
oder sich eine Bodenzentrale zuschaltet, die manuell die tember 2007
Steuerung übernimmt.
Biermann, Thomas, Gehört der Himmel den ALDI-Airlines?
Die Idee eines pilotenlosen Kleinflugzeuges gewinnt Neuer Wettbewerb im europäischen Luftverkehr, in:
ihren besonderen Reiz im Fractional-Ownership-Modell Wissenschaftliche Beiträge der TFH Wildau 2005
bzw. in der Betriebsform als Luft-Taxi. So muss die Ma-
Biermann, Thomas/Dehr, Gunter (Hrsg.), Innovation mit
schine nicht tagelang ungenutzt herumstehen, bis ihr
System, Berlin, Heidelberg 1997
Besitzer sie benötigt, sie könnte per Knopfdruck ange-
fordert werden und nach dem Flugeinsatz gleich weiter- Cox, T./Nagy, C./Skoog, M./Somers, I., Civil UAV Capability
Assessment, (Draft for NASA Directorate), 2004
reisen zum nächsten Nutzer. Positionierungsflüge ohne
Passagiere sind der Alptraum jedes Flugplaners – sie ver- Delfmann, Werner (Hrsg.), Strategic Management in the
lieren ihren Schrecken, wenn kein Pilot mehr während Airline Industry, Ashgate 2005
solcher nicht-wertschöpfenden Tätigkeiten Geld kostet Shaw, Steven, Airline Marketing and Management, Ashgate
und möglicherweise just dann, wenn er gebraucht wird, 2004
aus der Ruhezeit fällt. Singh, Rajiv, VLJs – The rise of the hub busters,
Aus ökonomischer Sicht bildet eine Kombination www.domain-b.com, 2006
von VLJ und UAV deshalb eine durchaus überzeugende
Taneja, Nawal, Simply-flying – Optimizing the Airline Busi-
Vision, selbst wenn ein Einsatz in Mitteleuropa eher ness Model, Ashgate 2004
schwierig vorstellbar ist. Ein gutes Straßennetz, vie-
The Economist, Fly me home James – travelling in an exe-
le Schienenverbindungen und ein dicht bevölkerter
cutive jet is just the ticket, 14. July 2007
Luftraum lassen hier für diese neuartigen Luftfahrzeu-
ge kaum dringenden Bedarf erkennen. In China, Russ- Thompson, David, International Aviation’s role in Produc-
land, Indien oder Brasilien hingegen überwiegen die tivity Growth and Climate Change – Can we resolve
the dilemma? Vortrag Hamburg Aviation Conference,
Chancen ganz eindeutig die Probleme und Risiken. Aller
Februar 2007
Voraussicht nach wird diese neue Technologie zuerst in
den USA in die Praxis gehen, weil dort das notwendige Tretheway, Mike, Perspectives and Retrospectives, Vortrag
Know-how, die Kapitalkraft und die Innovationsfreude Hamburg Aviation Conference, Februar 2007
gebündelt vorhanden sind und vor allem in der Fläche
abseits der Metropolregionen mit großer Nachfrage zu
rechnen ist. Internetquellen
www.dlr.de
Dieser Beitrag basiert auf Erkenntnissen aus der Diskus-
www.shephard.co.uk/UVonline
sionsveranstaltung »Captain Computer – Chancen und
Risiken durch Automatisierung im Luftverkehr«, durch- www.uavdach.org
geführt vom Wildau Institute of Technology (WIT) und
dem TÜV Nord im Mai 2007 in Berlin unter Beteiligung
von Experten der Berliner Flughäfen, des DLR (Deutsches Autor
Zentrum für Luft und Raumfahrt), der DFS (Deutsche
Flugsicherung), der Lufthansa und des UAV D·A·CH Prof. Dr. rer. pol. Thomas Biermann
(Unmanned Aerial Vehicle Working Group). Wildau Institute of Technology
an der Technischen Fachhochschule Wildau
Tel. +49 3375 508-601
biermann@wit-wildau.de
www.wit-wildau.de
10 TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007Development of Branched Aromatic
Polyester Polyols from PET
Marin Boyadzhiev, Rainer Langenstraßen, Rozeta Eftimova,
Sanchy Nenkova, Gerhard Behrendt
Zusammenfassung Abstract
Diese Arbeit befasst sich mit einer neuen Klasse ver- This paper is directed to the development of a new type
zweigter aromatischer Polyesterpolyole (APP), die auf of branched aromatic polyester polyols (APP) based
PET-Abfällen basieren und für die Herstellung hoch- on PET wastes designed to produce high quality poly-
wertiger Polyurethane entwickelt wurden. Dieses Ziel urethanes (PUR). To this end, a modified transesterifi-
wurde durch eine modifizierte Umesterung von PET cation of PET by a glycol mixture was used and simul-
durch eine Glykolmischung mit einem geringen Anteil taneously small amounts of triols were incorporated
Triolen erreicht. Es wurde eine Reihe verzweigter APP into the reaction mixture. By this method, a series of
mit Hydroxylzahlen im Bereich von 260 bis 380 mg branched APP’s with hydroxyl numbers in the range
KOH/g und Hydroxyl-Funktionalitäten zwischen 2,00 of 260 to 380 mg KOH/g and hydroxyl functionalities
und 2,30 erhalten. Die Viskosität der Produkte steigt im between 2.00 and 2.30 was received. The viscosity of
Bereich der Funktionalität von 2,03 bis 2,12 geringfügig the products increased slowly with the functionality
und darüber stärker an. Für jede Reihe der APP mit Hy- in the range of 2.03 to 2.12 and sharper beyond this
droxylzahlen von 260, 320 bzw. 380 mg KOH/g wurde value. An optimum of properties was found in each
bezüglich der Viskosität, der Langzeitstabilität und der series of APP with hydroxyl numbers of 260, 320, and
Hydroxyl-Funktionalität ein Eigenschaftsoptimum 380 mg KOH/g, resp. with respect of viscosity, long
gefunden. APP mit höherer Hydroxyl-Funktionalität term stability and hydroxyl functionality. APP with
können zur Herstellung von Polyurethan-Gießharzen a higher hydroxyl functionality are useful to produce
und jene mit niedrigeren Hydroxylzahlen für Beschich- cast polyurethane resins, those with lower hydroxyl
tungen, z. B. von Leder, verwendet werden. numbers for coatings, e. g. of leather.
1 Introduction cal Technology and Metallurgy, Sofia, Bulgaria. A sum-
mary of basic results was given previously by Evtimova
During the production and processing of polyethylene et al. [4]. Furthermore, the process to produce linear and
terephthalate (PET), e. g. in the production of bottles, branched APP from PET production wastes and flakes
fibres, or building materials, as well as after the use of from bottle recycling was developed as a continuous
PET articles, wastes arise to a great extent. Wastes are one [5].
presently used in physical recycling (e. g. bottle to bottle
process) and chemical recycling (receiving raw materials
or polyols). We consider here only the way of chemical 2 Experimental part
recycling to produce polyols. According to Grigsby [1,2]
PET wastes are reacted under pressure with diethylene Materials used for producing APP and PUR on their basis
glycol (DEG), occasionally other glycols and additives are:
having higher functionality, e. g. glycerol, are introduced – DEG (PUR quality of at least 98 % by BASF AG),
into the reaction mixture. In a second step, ethylene gly- – Glycerol (least 99.8 %, by RME GmbH Schwarz-
col (EG, MEG) is partly distilled off. Peterson [3] describes heide),
the reaction of PET with DEG and/or other glycols in – Dibutyl-tin-dilaurat (DBTL) (synthesis quality, 98 %,
horizontal stirring reactors. by Nitroil Performance Chemicals, Hamburg),
We want to report here on a new route to produce a – Adipic acid (at least 99.6 % purity, by BASF AG),
new type of APP. This process to produce APP, e. g. from – PET granulate (by NEO Group, Klaipeda) or flakes from
PET bottles or production wastes, or of wastes of the Ger- bottle recycling (by Texplast GmbH Wolfen),
man »Duales System«, was developed at the University of – Isocyanate: pure MDI (by Puralis GmbH) and poly-
Applied Science (Technische Fachhochschule) Wildau, meric MDI (Lupranat® M20S of BASF AG).
Germany, in cooperation with the University of Chemi-
TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007 11The general route to produce branched APP is as fol-
lows:
Into a 10 l stainless steel reactor with heating oil mantle,
stirrer and FTIR spectrometer immersion probe (ReactIR
4000 from Mettler Toledo GmbH, Giessen, Germany),
the calculated amounts of DEG and DBTL are intro-
duced. While heating this mixture to about 165° C the
reactor is constantly flushed with nitrogen. After said
temperature is reached, the calculated amount of adipic
acid is introduced in portions by the solid feed. After Figure 1. General equation of PET transesterification
completing the addition, the temperature is raised to
220° C and water is distilled off. After the distillation Such transesterifications employing one or more glycols
ceased, another portion of DEG mixed with glycerol were described earlier [6, 7]. The process was performed
and the calculated amount of PET are added. The tem- with or without the use of catalysts or with one glycol
perature is raised to 250° C and kept there for 4.5 hours both as a reaction partner and to be liberated or more
while a pre-calculated amount of monoethylene glycol glycols of which in some processes two are distilled off
(MEG) is distilled off. After this amount is obtained, the so as to increase the rate of reaction. As a starting mate-
temperature is reduced and the APP recovered via a filter- rial PET wastes, i. e. oligocondensates of the production
ing unit. The process is controlled by the amount of the process, maybe used as a single reaction partner [8] or as
different distillates obtained. The APP is characterized an additional processing aid [9]. Generally, in this process,
by the following methods: the lower molecular weight glycol is liberated in a balance
– Hydroxyl number by titration according to DIN process, so that this has to be constantly eliminated to
53240, support the transesterification and receive oligomers with
– Acid number by titration according to DIN 53402, the desired number of repeating structural units from 1 to
– Viscosity using a Rheostress 300 viscosimeter (Ther- 8. Some of transesterification reagents or products remain
moHaake, Karlsruhe, Germany) in the rotation and in the reaction mixture, generally between 3 to 10 % by
oscillation modes. weight and serve as a solvent for the oligomers produced.
The scaling up was performed in 100 l and 400 l stainless It has to be considered in terms of the stability of the APP
steel reactors using a similar processing route. and for the quality of the polyurethanes produced from
Polyurethane systems based on the APP are developed them that the amount of MEG is kept as low as possible.
to form rigid foams, cast resins or coatings. The presently produced APP are strictly linear products
The polyurethane films were produced by hand cast- without any branching so that crosslinked polyurethanes
ing technique on siliconized paper or using the Mathis® are solely produced by formulation.
Lab Dryer® to produce the films under controlled condi- In our approach we substituted part of the glycol, in
tions (temperature, time). The polyurethane casts were general DEG was used, by a triol so as to receive branch-
produced by hand mixing, degassing and pouring into ing in the oligomer chains. Further, part of the aromatic
a respective mould. Rigid foams were produced either acid was substituted by an aliphatic acid to control the
by manual mixing using a stirrer with 6000 rpm. The viscosity of the produced APP. Furthermore, we investi-
foams were produced with a density of 40 to 400 g/dm³. gated several catalysts or catalyst systems in combination
Foams were alternately produced on a two component with the temperature of the reaction to reduce the time
foaming machine using a low pressure machine of Lackfa of transesterification [10].
GmbH. The aliphatic dicarboxylic acid is further introduced
The polyurethanes were characterized by: into the oligomeric chain to control the properties of
– dynamic-mechanical analysis (Netzsch DMA 242), specialty polyurethanes and, especially, to reduce the
– differential scanning calorimetry (Netzsch DSC 204), brittleness of polyisocyanurates produced on their base
– mechanical testing (Zwick Materialprüfmaschine at high isocyanate indexes.
Z 020) for tensile strength, elongation at break and
flexural strength,
– Shore D hardness (Shore Tester),
– Microscopy by a scanning electron microscope
(SEM).
3 Results and discussion
The general route to produce APP from PET is known
to be a transesterification of the high molecular weight
PET by glycols with simultaneous cleavage of the mac-
romolecular chains according to the following equation Figure 2. Dependence of the viscosity η of polyols on glycerol
(figure 1): content (hydroxyl number 240 mg KOH/g, 12 % adipic acid)
12 TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007The APP is produced in three categories according to the glycerol. This makes the polyols of the respective range
application in polyurethane systems which are quali- of functionalities well suitable for polyurethane pro-
fied in terms of their hydroxyl number. Thus, we devel- duction. The differences of the viscosity measurements
oped three families of APP with hydroxyl numbers of with both modes are solely dependent on the amount
240, 320 and 380 mg KOH/g. Of these, the first is mainly of aliphatic dicarboxylic acid incorporated while the
designed for application in duromer foams, polyiso- formation of non-Newton’ian viscosity depends on the
cyanurates, or coatings, the second for panel foams or amount of triol, here glycerol, used.. A higher amount of
cast resins, and the latter for typical rigid foams, e. g. adipic acid used in the production of APP, thus, leads to a
for pipe insulation. Another type of APP was developed decrease of the viscosity and simultaneously to a decrease
with lower hydroxyl numbers such as 180 mg KOH/g to of the content of molecular superstructures.
be employed in cover coatings for leather in aliphatic
diisocyanate systems [11].
In the series with the hydroxyl number adjusted to
240 mg KOH/g the amount of glycerol was varied from
0 to 8 %. Increasing the amount of glycerol leads to an
increase of the functionality of the polyols produced
from 2.03 to 2.15. As it is shown in figure 2 the viscos-
ity of the polyols with 12 % of adipic acid rises rather
linearly to about 5 % of glycerol and starts to increase
steeper at higher amounts incorporated into the chain
of the oligomers. The reason for the steeper increase may
derived from the second curve of figure 2 in which the
difference of the viscosities measured by rotational and
oscillational mode is shown. This curve shows a signifi- Figure 4. Dependence of the viscosity η of polyols on glycerol
cant sharp increase at this point hinting to another type content (hydroxyl number 320 mg KOH/g, 6 % adipic acid)
of origin of the viscosity. While the rotational mode of
the viscosity only corresponds to the Newton’ian mode In the third series with the hydroxyl number of the APP
the oscillational mode reflects the structural viscosity as adjusted to 320 mg KOH/g the amount of glycerol was
well. The difference is, therefore, a qualitative measure increased from 0 to 8 %. This leads again to a higher hy-
for the non-Newton’ian part of the viscosity. This in- droxyl functionality but also to a rise in the value of the
creases sharply at the addition of about 5 % of glycerol viscosity up to 20,000 mPa·s. As it is shown in figure 4
showing an increasing portion of structural viscosity. the difference in the values of the viscosity in the oscil-
Any structural viscous materials represent problems in lation and rotation mode of the polyols is very low in
the handling of them in the polyurethane machinery the range up to 5 % of glycerol which does not allow an
and have to be avoided so that the amount of branching interpretation as it is close to the standard equipment
of the APP of this type is limited to a maximum of 5 % or error. The slight increase in viscosity after passing the
a hydroxyl functionality of 2.12. mark of 5 % of glycerol is very much lower than in the
previous series and does not exceed of 400 mPa·s which
is a much smaller increase than in the first series showing
that lower molecular weights of the oligomeric chains
and a slightly increased amount of glycol solvents hinder
the formation of structural viscosity. Based on that the
application of the polyols depends only on the viscos-
ity values.
Figure 3. Dependence of the viscosity η of polyols on glycerol
content (hydroxyl number 240 mg KOH/g, 16 % adipic acid)
Figure 3 shows that higher functionality corresponds
with a higher viscosity of the polyols with 16 % of adipic
acid reaching values up to 17,000 mPa·s. The difference
in the values of viscosity in the oscillation and rotation
mode of the polyols does not exceed 400 mPa·s which Figure 5. Dependence of the viscosity η of polyols on glycerol
shows that there is generally little content of molecu- content (hydroxyl number 380 mg KOH/g, no adipic acid)
lar superstructures up to the investigated area of 5 % of
TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007 13In the forth series with APP of hydroxyl numbers in the Further, from APP thus produced protective coatings for
range of 380 mg KOH/g, the amount of glycerol was in- natural and artificial leather were prepared on the Mathis
creased from 0 to 12 %. The value of the viscosity rises up LabCoater®. To this end, an APP with a hydroxyl number
to 35,000 mPa·s. As is shown in figure 5 the difference in of 228 mg KOH/g and a functionality of 2.08 (i. e. a glyc-
the values of the viscosity in the oscillation and rotation erol content of 5 %) was used. The lab formulation VS322
mode of the polyols is increasing to slightly more than was as follows:
500 mPa·s. The increase is very low in the area up to 8 % APP (OH No. 228 mg KOH/g, fn = 2.08) 93.2 parts
of glycerol and is only slightly exceeding the standard Titanium dioxide (micronized) 1.0 parts
error of the instrument. Beyond 8 % of glycerol in the Iron dark brown pigment 4.7 parts
formulation the increase becomes more pronounced. Sodium aluminium silicate (Baylit®) 1.1 parts
Here again, this behaviour of the viscosity over func- 4,4’-dicyclohexylmethane diisocyanate 52.0 parts
tionality shows a dependence on the structural part of
the viscosity by increasing the latter. Property Dimension Value
In another series, formulations to produce polyols Glass transition (DSC) °C 45
with such a hydroxyl number were developed without Glass transition region (DMA) °C 25-65
Tensile strength N/mm² 110
using adipic acid. In this series, the development of a
Elongation at break % 2.1
higher degree of structural viscosity was observed at a hy-
Flexural strength N/mm² 190
droxyl functionality of 2.12, i. e. at a content of glycerol
of 9 %. This shows again that the incorporation of the Table 2: Properties of films obtained from lab formulation VS322
aliphatic dicarboxylic acid into the oligomer chains has
very little effect on the build-up of structural viscosity The APP were chosen due to their UV stability. The mecha-
and is only responsible for the adjustment of the viscos- nical testing resulted in the values depicted in table 2.
ity of the polyol with respect to its field of application. Further investigations were made with foaming. Two
As it can be seen in all the series employing different different densities were chosen, i. e. 50 g/dm³ and 130 g/
hydroxyl numbers the viscosity rised with the degree dm³ using APP of different hydroxyl functionality [14].
of branching in the polyol chains and decreases with The formulations are given in table 3, the properties
increasing the amount of aliphatic dicarboxylic acid obtained in table 4.
built into the oligomer chains.
The APP produced in this way are to be used for Substance K 3105061-50 K 2909065-130
non-porous polyurethanes, e. g. solid resins, casts, seal- APP (OH 380) 93.5 0
ants and especially coatings. One field of application is APP (OH 244) 0 95.4
the use of these APP in coating formulations for leather PC Cat NP 40 0.9 0.9
and fibres. DMEOA 0.1 0.1
Otherwise, they maybe used for cast resins or rein- TEGOSTAB® B8433 1.0 0.9
forced casts to produce polyurethane heels. To produce Water 4.5 0.5
Pentane 0 2.2
such the following lab formulation VS 249 was used:
Lupranat® M20S 163.5 65.0
APP (OH No. 259 mg KOH/g, fn = 2.08) 97.1 parts
Titanium dioxide (micronized) 0.6 parts Table 3: Foam lab formulations
Sodium aluminium silicate (Baylit®) 2.3 parts
Lupranat® M20S 60.0 parts The foams were produced by hand mixing in amounts
The components were degassed and mixed by hand to be sufficient to fill an 8 l mould of aluminium coated
to give a clear liquid and cast into moulds at room tem- with a separating wax. After foaming up the moulds were
perature. Curing was performed for 8 hours at 120° C. Af- closed and kept at room temperature for one hour before
ter cooling to room temperature the casts were recovered being opened. The blocks were demoulded and left at
from the moulds, subjected to 14 days of after-curing room temperature for seven days before cutting into stan-
and tested. The results of the testing is depicted in table dard cubes or rods. Testing was performed after further
1. Further results on systematic investigations with cast two days conditioning at room temperature. The results
polyurethanes obtained from APP of varying properties of the mechanical testing are presented in table 4.
and different isocyanates will be given in a forthcoming
paper [12, 13]. Property Dimension K 3105061-50 K 2909065-130
Dimensional % +0.94 +0.52
Property Dimension Value change
at 120° C
Glass transition (DSC) °C 53.6
Dimensional % - +0.65
Glass transition region (DMA) °C 31 - 72
change
Tensile strength N/mm² 116.7
at 150° C
Elongation at break % 1.48
Flexural N/mm² 0.86 1.89
Flexural strength N/mm² 177.8 strength
Flexural elastic modulus N/mm² 3476 Flexural elastic N/mm² 13.4 29.3
modulus
Table 1: Properties of cast polyurethanes of lab formulation VS249
Table 4: Mechanical properties of foams
14 TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007As can be seen from the tables 1 to 4 the new developed References
APP lead to polyurethanes with exceptional high prop-
erty values. Especially the high dimensional stability of [1] Grigsby, R. A., Liquid Terephthalic Ester Polyols, EP
the foams and the high flexural strength of the cast resins 0 154 079 (29.10.1984/11.09.1985)
is attributed to the new structure of the APP [15]. Fur-
[2] Grigsby, R. A., Liquid Terephthalic Ester Polyols and
thermore, the investigation into coatings including final
Polyisocyanurate Foams there from, US 4,469,824
coatings of leather shows that by the development of a (18.11.1983/04.09.1984)
special type of such APP highly scratch resistant and UV
[3] Peterson, D., Apparatus and Method for Converting
stable coatings were obtained when using an appropriate
Polyethylene Terephthalate into Polyester Polyols, US
diisocyanate. Thus, these new APP offer new opportuni-
patent 6,048,907 (23.08.1999/11.04.2000)
ties to develope and apply specialty polyurethanes with
high quality levels. [4] Evtimova, R./Lozeva, Y./Schmidt, K-H./Wotzka, M./
Wagner, P./Behrendt, G., Polyester Polyols From Waste
PET Bottles For Polyurethane Rigid Foams, Wissen-
schaftliche Beiträge der Technischen Fachhochschule
4 Conclusions Wildau 2003, 19-25
[5] Langenstraßen, R./Fulev, S./Apel, A./Gebert, B./Leh-
New branched aromatic polyester polyols were obtained
mann, D./Behrendt, G., Entwicklung einer Anlage
by incorporating small portions of glycerol into the oli-
zur kontinuierlichen Herstellung von PET-Recycling-
gomer chain of such polyols during the transesterifica- Polyolen, Wissenschaftliche Beiträge der Technischen
tion reaction of PET. By adjusting the ratio of PET, DEG, Fachhochschule Wildau 2006, 55-64
adipic acid and glycerol as a branching agent in the reac-
[6] Vaidya, U. R./Nadkarni, V. M., Polyester Polyols for
tion mixture long time stable aromatic polyester polyols
Polyurethanes from PET Waste, J. Appl. Polym. Sci. 35,
with adjustable properties such as hydroxyl number, 775-785 (1988)
branching and viscosity at very low acid number were
obtained. In thorough investigations of three series of [7] Vaidya, U. R./Nadkarni, V. M., Polyester polyols from
PET waste: effect of glycol type on kinetics of polyes-
such polyols in the hydroxyl number range of 240, 320,
terification, J. Appl. Polym. Sci. 38, 1179-1190 (1991)
and 380 mg KOH/g the optimum conditions were deter-
mined by the viscosity of the resulting products and by [8] Reck, W., Verfahren zur Herstellung von aromatischen
the structural part of the viscosity which was estimated Polyesterpolyolen sowie aromatische Polyesterpolyole,
DE-OS 199 63 731 (24.12.1999/05.07.2001)
as the difference of the viscosities determined by the
rotational and oscillation mode. This difference of vis- [9] Langenstraßen, R./Fulev, S./Apel, A./Gebert, B./Leh-
cosities shows a pronounced point of inflection in any mann, D./Behrendt, G., Entwicklung der Grundlagen
series depending on the amount of glycerol added, i. e. für eine Laboranlage zur kontinuierlichen Herstellung
von PET-Recycling-Polyolen, Wiss. Beitr. Techn. Fach-
the hydroxyl functionality, generally in the range of 5 %
hochsch. Wildau 2004, 34-45
of glycerol or a corresponding hydroxyl functionality of
2.08. The point of inflection was shown to be depend- [10] Boyadzhiev, M./Fulev, S./Langenstraßen, R./Evtimova,
ent on the amount of adipic acid added as a viscosity R./Behrendt, G., Investigation of the catalysis of the
transesterification of PET, to be published in J. Univ.
reducer. This points to the fact that the branching of
Chem. Technol. Metallurgy
the oligomer chain is responsible for the build-up of
superstructures in the polyols and, hence, the formation [11] Fulev, S., Recycling of PET Wastes – Investigation of the
of the main portion of structural or non-Newton’ian Transesterification Reaction, Ph. D. dissertation, Sofia,
viscosity whereas an increased addition of adipic acid 2007
decreases the formation of superstructures in the range [12] Stoycheva, V./Boyadzhiev, M./Langenstraßen, R./Beh-
of triols investigated. The build-up of superstructures as rendt, G., Polyurethanes Based on Aromatic Polyester
measured by the difference of viscosity measurements Polyols with Varying Hydroxyl Functionality, paper to
in two modes has to be strictly avoided so as to use the be published in J. Univ. Chem. Technol. Metallurgy
polyols without technical problems in the fields of the [13] Stoycheva, V./Staabs, B.(Recyclit GmbH), Neue Polyure-
applications anticipated. The polyols are useful to pro- thanharze und Verfahren zu ihrer Herstellung, patent
duce polyurethanes in the fields of light stable coatings, application DE 10 2006 038 259.5 (08.08.2006)
cast resins e. g. as heels, reinforced cast resins or high [14] Peshkov, V./Naber, B. W./Schmidt, K.-H. (Recyclit
quality rigid foams. GmbH), Verfahren zur Herstellung neuer, flammge-
schützter Polyurethane, patent application DE 10 2006
058 400.7 (07.12.2006)
Acknowledgement [15] Langenstraßen, R./Schmidt, K.-H., Entwicklung von Iso-
lationsmaterialien aus tief- und hochtemperaturbestän-
The authors are grateful for financial support of the digen Polyurethan-Hartschaumstoffen auf der Basis von
studies by Lausitzer Edelstahltechnik GmbH, Doberlug- aromatischen Polyesteralkoholen, final report in the
Kirchhain, Germany. The authors thank Recyclit GmbH, InnoRegio project FIRM, Teilthema 9, Wildau, 2006
Wildau, Germany, for placing at their disposal diethyl-
ene glycol, glycerol and adipic acid free of charge.
TFH Wildau, Wissenschaftliche Beiträge 2007 15Sie können auch lesen
